Diabetes mellitus mitigates cardioprotective effects of remifentanil preconditioning in ischemia-reperfused rat heart in association with anti-apoptotic pathways of survival

Abstract

[한글]서론 : 당뇨는 심근의 허혈-재관류 손상에 대한, 약물성 전조건화의

심근 보호 효과를 감소시키는 것으로 알려져있다. Remifentanil은 심

장 수술의 마취에 널리 쓰이는 아편양제제로 심근의 허혈-재관류 손

상에 대한 심근 보호 효과가 입증되어있다. 본 연구는 허혈-재관류를

시행한 쥐의 심장에서 remifentanil 전조건화의 심근 보호 효과에 당

뇨가 미치는 영향을 세포 사멸와 칼슘 항상성의 관점에서 밝히고자

하였다.

대상 및 방법 : 정상쥐와 streptozotocin으로 1형 당뇨를 유도한 당

뇨쥐를 각각 허혈-재관류만 시행한 군 (Con-I/R, DM-I/R),

Remifentanil 전조건화를 시행한 군 (Con-Remi, DM-Remi), 허혈-재

관류 및 Remifentanil 전조건화를 시행하지 않는 군(Con-Sham,

DM-Sham)으로 나누었다. 심근 허혈은 좌전 하행지를 30분 동안 결

찰하여 시행하였고, 1시간 동안 재관류 하였다. Remifentanil 전조건화는 좌전 하행지 결찰 30분 전부터, Remifentanil을 6μg/kg/min의 속도로 20분간 투여하였다.심근 경색 부위는 전체 좌심실 영역에 대한 비율(%)을 염색약 (triphenyltetrazolium chloride)을 처리하여 측정하 였다. 세포 사멸와 관련된 단백질 (ERK 1/2, Bcl2, Bax, cytochromec)의 발현은 Western blot, 칼슘 항상성 관련 단백질의 유전자 발현은 RT-PCR을 이용하여 측정하였다.

결과 : 심근경색부위는 당뇨쥐에서 remifentanil의 심근보호효과가 감

소하여, 정상쥐에 비해 심근경색부위가 유의하게 증가되었다. 당뇨는

허혈-재관류에 의해 감소하는 ERK1/2의 활동을 remifentanil이 회복

시키는 효과를 감소시켰다. 전구세포사멸 단백질 활동의 억제는

DM-Remi군에서 Con-Remi군에 비하여 감소하였다. 허혈-재관류에

의한 SR protein의 유전자 발현 억제의 회복은 DM-Remi군에서

Con-Remi군에 비하여 감소되었다.

결론 : 당뇨는 허혈-재관류에 대한 remifentanil 전조건화의 심근 보

호 효과를 감소시키며, 이는 세포 사멸 관련 단백질의 활동과, 허혈-

재관류에 따른 근질세망 단백질 유전자의 비정상 발현에 의한 칼슘

항상성 변화의 회복이 감소하는 것과 관계가 있다.

[영문]Diabetes mellitus has been known to mitigate ischemic or pharmacologic preconditioning in ischemia-reperfusion (I/R) injuries. Remifentanil is a widely used opioid in cardiac anesthesia that possesses a cardioprotective effect against I/R. We evaluated whether diabetes affected remifentanil preconditioning induced cardioprotection in I/R rat hearts in view of anti-apoptotic pathways of survival and Ca2+ homeostasis. Streptozotocin-induced, diabetic rats and age-matched wild-type Sprague-Dawley rats were subjected to a left anterior descending coronary artery occlusion for 30 min followed by 1 h of reperfusion. Each diabetic and wild-type rat was randomly assigned to the sham, I/R only, or remifentanil preconditioning group. Myocardial infarct size, activities of ERK1/2, Bcl2, Bax and cytochrome c, and gene expression influencing Ca2+ homeostasis were assessed. Remifentanil preconditioning significantly reduced myocardial infarct size compared to I/R only in wild-type rats but not in diabetic rats. Remifentnil preconditioning increased expression of ERK1/2 and anti-apoptotic protein Bcl-2 and decreased expression of pro-apoptotic proteins, Bax and cytochrome c, compared to I/R only in wild-type rats. In diabetic rat hearts, however, remifentanil preconditioning failed to recover the phosphorylation state of ERK1/2 and to repress apoptotic signaling. In addition, diabetes minimized remifentanil induced modulation of abnormal changes in sarcoplasmic reticulum (SR) genes and proteins in I/R rat hearts. In conclusion, diabetes mitigated remifentanil induced cardioprotection against I/R, which might be associated with reduced recovery of the activities of proteins involved in anti-apoptotic pathways including ERK1/2 and the abnormal expression of SR genes as a result of I/R in rat hearts.